多年以来, 生物安全柜的基本设计已经历了多 次改进。主要的变化是在排风系统增加了HEPA 过 滤器。对于直径 0. 3μ m 的颗粒, HEPA 过滤器可以 截留 99. 97%, 而对于更大或更小的颗粒则可以截 留99. 99%。HEPA 过滤器的这种特性使得它能够 有效地截留所有已知传染因子, 并确保从安全柜中 排出的是完全不含微生物的空气。生物安全柜设计 中的第二个改进是将经HEPA 过滤的空气输送到工 作台面上, 从而保护工作台面上的物品不受污染。

 这一特点通常被称为实验对象保护 ( product protection)。 生物安全柜是微生物实验过程中提供人员保 护、 环境保护的通风装置, 有些类型的生物安全柜 还可以为实验提供洁净的局部环境来保护实验材料 和防止实验材料间的交叉污染。生物安全柜按照其结构和实现保护的能力分为Ⅰ级生物安全柜、 Ⅱ级 生物安全柜和Ⅲ级生物安全柜三个级别。 Ⅰ级生物安全柜, 进风从前窗操作口处 (称流 入气流)以不低于 0. 40 m/s 的低速率进入生物安 全柜, 空气经过工作台表面, 并经排风管排出生物 安全柜, 来提供人员保护, 被实验污染的气流经高 效过滤器过滤后排出实验室从而保护实验室环境不 受微生物因子的污染。但由于实验室空气经操作前 窗直接进入实验操作区, Ⅰ级生物安全柜不能为实 验操作区提供洁净环境, 没有保护实验材料的功 能, 所以目前已经很少使用。

 Ⅱ级生物安全柜, 与Ⅰ级生物安全柜相似, 通 过生物安全柜的前窗操作口进风来提供人员保护, 被实验污染的气流经高效过滤器过滤后排出实验室 从而保护环境不受微生物因子的污染。但由于窗操 作口进风不直接进入实验操作区, 而是在生物安全 柜内经工作区顶部的高效过滤器过滤后, 以层流的形式往下单向流向操作区 (称下降气流) , 这样既 为实验操作区提供了洁净环境, 使得实验材料免受 环境污染, 同时层流又防止了操作区不同区域间材 料产生气溶胶的相互交叉污染。 Ⅱ级生物安全柜按照结构特点、 气流模式又分 为A1、 A2、 B1和 B2四种类型。其中, A1、 A2 型 生物安全柜的气流由安全柜内单个风机提供动力, 风机风量的 70%在安全柜柜体内循环, 形成下降 气流, 30%直接排到实验室, 或经套管式软连接管 排出实验室外。这 30%的风量由流入气流补充。 由于A1型生物安全柜的排风通道为正压, 一旦发 生, 污染气流直接泄漏到实验室中, 结构上存在缺 陷, 现在已经基本被 A2 型生物安全柜替代。

B1 型 生物安全柜的气流有 30%在生物安全柜柜体内循 环, 形成下降气流, 70%经全封闭硬连接管道直接 排出实验室外, 这 70%的风量由流入气流补充, 其动力主要来源于实验室外的排风风机。B2 型生 物安全柜的流入气流和下降气流由实验室外风机通 过封闭的硬连接管道完全排出室外, 下降气流由生 物安全柜内风机提供动力, 而流入气流靠两个风机 提供的气流量差来保证。从防止微生物气溶胶污染 的保护能力上看, A1、 A2、 B1 和 B2 四种类型生 物安全柜是相同的。由于 B1 和B2 型生物安全柜是 直接将气流排出实验室外, 则对在实验过程中产生 有毒气体时, 显示出它们的优势。一方面, 毒性气 体可以完全排出实验室而防止对实验人员的危害, 特别是 B2 型生物安全柜没有气体在柜体内循环, 还可以避免实验中产生的对实验有影响的气体循环 进入实验区。目前广泛使用的是Ⅱ级 A2 型和 B2 型生物安全柜。 Ⅲ级生物安全柜用于操作危险度 4级的微生物 材料, 可以提供最好的个体防护。 Ⅲ级生物安全柜 的所有接口都是 “密封的”, 其送风经HEPA 过滤, 排风则经过两个 HEPA 过滤器, 进一步提高了对环 境的保护。Ⅲ级生物安全柜由一个外置的专门的排 风系统来控制气流, 使安全柜内部始终处于负压状 态 (不低于 120 Pa)。只有通过连接在生物安全柜 上的结实的橡胶手套, 手才能伸到工作台面。Ⅲ级 生物安全柜应该配备一个可以灭菌的、 装有 HEPA 过滤排风装置的传递箱。 Ⅲ级生物安全柜可以与一个双开门的高压灭菌器相连接, 并用它来清除进出 生物安全柜的所有物品的污染。可以将几个手套箱 连在一起以增大工作面积。 Ⅲ级生物安全柜适用于 三级和四级生物安全水平的实验室。